机械设计的基本与实践平面机构的结构

1、w机器的特征2. 零件、构件、部件各为何种单元体w零件、构件、机构、机器的关系w零件设计的常用计算准则w机械设计之传统设计方法的种类w零件设计的基本要求w机械设计的基本要求w何谓失效w机构的特征回顾：2.1 运动副及其分类2.2 平面机构的运动简图2.3 平面机构自由度及计算平面机构的结构分析2.1运动副及其分类构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。下一个定义一. 运动副运动副：举例：二.运动副的种类1.低副(又包括两种.)运动副中两个构件的接触无外乎点线面接触.通常把面接触的称为低副,点或线接触的称为高副.则运动副总的来说分

2、为两大类.1)转动副：（又称回转副 铰链）两个构件只能做相对转动。2)移动副(两个构件只能做相对移动。)3.高副凸轮副两构件以点或线接触而构成的运动副称为高副。齿轮副w低副和高副均为平面运动副,即两个构件是在一个平面内作相对运动的.w与平面运动副相对的是空间运动副,空间运动副中的两个构件的运动不是平面运动,而是空间运动,常用的空间运动副是螺旋副和球形铰链副.（仅作了解）w这是机构中的构件所组成的运动副的种类，而从运动的观点来看，构件又分为三类。注意：3）从动件：机构中除了原动件之外的其余可动件 2）原动件：机构中输入运动的构件。1）机架：机构中相对固定不动的构件。举例：单缸内燃机的曲柄滑块机构

3、。注意：汽缸体（为了研究方便，必须选一个构件作为机架。）2.2 平面机构的运动简图 一.机构运动简图用规定的线条和符号表示构件和运动副，并按照一定的比例来表达出各运动副间的相对位置的简图。在研究机构的运动时，不需要了解机构的真实外形和具体结构，只需要简明的表达机构之间的传动原理，于是人们发展应用了运动简图。和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造二.运动简图的规定1.构件2.转动副(两构件组成转动副，转动副之圆圈的圆心必须与转动副的回转轴线重合。)构件均用线段或小方块等来表示,画有斜线的表示机架。 表示如下图，图

4、a表示图面垂直于回转轴线，图b表示图面不垂直回转轴线。当一个构件上有多个转动副时,应把交接处涂黑或在其内画上斜线.注：3. 移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。4. 高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。表2-12211四.绘制机械运动简图的步骤1）认真研究机构的结构及动作原理，分清固定件，确定主 动件,其余则都为从动件。2）循着运动传递的路线，搞清各构件相对运动的性质，确 定运动副的种类。3）测量出运动副间的相对位置。4）选择合适的视图平面和比例尺，用规定的符号和线条表示构件

5、和 运动副，绘制机构运动简图。注意事项:1.必须严格按照比例,准确表达各个运动副之间的相对位置,.2,各个构件用阿拉伯数字表示,各个运动副用大写英文字母表示,要表示出原动件和机架,机架需画上剖面线,原动件的运动若为转动,用带箭头的圆弧表示,若为移动,用带箭头的直线表示,箭头指示运动方向.解：（1）认真研究机构的结构及动作原理，分清固定件，确定主 动件,其余则都为从动件。图示的颚式破碎机中，带轮5和偏心轴2固接在一起绕轴心A转动，偏心轴2带动颚3与机架1之间装有肘板4，动颚运动时就可不断地破碎矿石。由此可知，机架1、原动件（偏心轴）2、从动件为（动颚）3和肘板4，四个构件组成平面四杆机构。（2）

6、循着运动传递的路线，搞清各构件相对运动的性质，确定运动副的种类。偏心轴2与机架1绕轴心A相对转动，偏心轴2与动颚3绕轴心B相对转动，动颚3与肘板4绕轴心C相对转动，肘板4与机架1绕轴心D相对转动 。由此可知，整个机构有A、B、C、D四个转动副。（3）测量出运动副间的相对位置。 （4）选择视图平面、比例尺，绘制机构运动简图对于平面机构，选构件运动平面为视图平面，因其已可将平面机构表达清楚，故不需再选辅助视图平面。所以本例选择图所在平面为视图平面。根据图纸的大小、实际机构的大小和能清楚表达机构的结构为依据，选择长度比例尺。在图中，过机架A、D两点作坐标系xAy，画转动副A、B、C、D，各转动副间距

7、离按比例计算。原动件2与y轴的夹角可自行决定。用简单线条连成构件2、3、4及机架1，在原动件2上标注带箭头的圆弧，在机架1上画出斜线，便得到如图所示的机构运动简图。w何谓运动副？2. 平面运动副的种类有哪些？w从运动的观点来看，构件可分为哪些种类？w运动简图的绘制步骤。w平面高副在运动简图中应如何画出？w表2-1w绘制图例的运动简图。回顾：例 试绘制内燃机的机构运动简图(两个构件通过运动副连接以后，一部分运动就受到限制。这种限制称为约束。而把没有限制掉的那部分运动称为自由度，自由度的计算对于研究机构的运动非常重要。)约束（运动副对成副的两个构件间的相对运动所加的限制称为约束。）2.3 平面机构

8、的自由度及计算二. 自由度(构件具有的可能的独立运动的数目称为自由度。)三. 一个做平面运动的构件，如果不加任何限制（未用运动副与其它构件连接），则其具有几个自由度呢。（即有几种运动的可能？）那么，两个构件通过运动副连接以后，一部分运动就受到限制，运动的可能性就会减少。即引入了约束，其自由度减少了。分析一下，转动副移动副平面高副各引入了几个约束，保留了几个自由度。1.转动副限制两个自由度（即引入两个约束）：（两个移动）保留一个自由度（转动）限制两个自由度（即引入两个约束）：（一个移动，一个转动）保留一个自由度（移动 ）2.移动副3.高副限制一个自由度（即引入一个约束）：（一个移动）保留两个自由

9、度（一个移动，一个转动）3.3.2平面机构自由度计算 3.3 平面机构的自由度四. （由转动副 移动副 高副推出）引入1个约束将减少一个自由度，对于平面机构而言，约束和自由度的和恒为3。五.自由度的计算 设一个平面机构包含 N 个构件,其中 1 个构件为机架，设有n 个活动构件，则 n=N-1，另外设有 PL 个低副和 Ph个高副。在未用运动副连接前， 1 个活动构件有 3 个自由度，n个活动构件有 3 n个自由度，在用运动副连接后， 1 个低副引进 2 个约束，即减少了2 个自由度，则有PL 个低副就减少了2 PL 个自由度， 1 个高副引进 1 个约束，即减少了1个自由度，则有Ph 个高副

10、就减少了Ph个自由度，因此该机构的自由度 F 应为 F=3n-2PL-Ph两个构件之间，组成平面低副则保留一个自由度，组成平面高副则保留两个自由度，那么多个构件组成机构后，会保留几个自由度呢？因构件较多，直接看不出，必须计算。n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 - 2Pl - Ph =33 - 24 - 0= 1 3平面机构的自由度的计算实例v计算实例1 解：v计算实例2 n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n 2PL Ph = 35 27 0= 1解：一）实例分析 二. 机构具有确定运动的条件如此麻烦，算自由度有何意义？自由

11、度的计算对于研究机构的运动非常重要。2.分析：自由度数=0，机构无运动1.算自由度数F = 3n 2PL Ph=32-23-0=0不能产生运动（无运动的可能） 1.算自由度数F = 3n 2PL Ph=33-24-0=12.给定一个原动件，各构件之间有无确定的相对运动？巧分析：给定原动件一个任意位置，从动件都有确定的位置，不会再乱动。则此机构各构件之间具有确定的相对运动图示给定原动件一个任意位置，各构件都有确定的位置，即有确定的相对运动。自由度为1的机构，给定一个原动件，各构件之间有确定的相对运动，原动件数和自由度数的关系？（原动件数=自由度数）。3.给定两个原动件，机构会怎样？会产生破坏。巧

12、分析：图示自由度为1的机构，给定两个原动件，机构会产生破坏。原动件数和自由度数的关系？（原动件数自由度数）。1.算自由度数F = 3n 2PL Ph=34-25-0=22.给定一个原动件，各构件之间有无确定的相对运动？巧分析：给定原动件一个任意位置，从动件无确定的位置，还可以乱动。则此机构各构件之间具有确定的相对运动。 图示自由度为2的机构，给定一个原动件，各构件之间无确定的相对运动，还乱动。原动件数和自由度数的关系？（原动件数自由度数）。3.给定两个原动件，机构会怎样？巧分析：给定两个原动件各一个任意位置，从动件都有确定的位置，不会再乱动。则此机构各构件之间具有确定的相对运动。图示自由度为2

13、的机构，给定两个原动件，各构件之间有确定的相对运动，原动件数和自由度数的关系？（原动件数=自由度数）。4.给定三个原动件，机构会怎样？会产生破坏。巧分析：图示自由度为2的机构，给定3个原动件，机构会产生破坏。原动件数和自由度数的关系？（原动件数自由度数）。二）结论 原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 通过实例分析可得，机构具有确定相对运动的条件是：原动件数=自由度数 且自由度0自由度数=0，机构无运动 原动件数=自由度数，机构有确定运动 二. 自由度计算时的注意事项 1.复合铰链两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。自由度的计算比较复杂，计算

14、时必须特别细心。尤其以下几种情况，特别容易出错，计算时必须特别注意。三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。 复合铰链处理方法惯性筛机构1.计算:C处为复合铰链n = 5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n - 2Pl Ph= 35 -27 0 = 12.处理方法：计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。复合铰链复合铰链的识别：局部自由度个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。1.计算：n = 3, Pl =3, Ph =1F = 33 - 23 1 = 2但此机构在给定一个原动件时，具有确定运动。故此计算是错

15、误的。滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。没对运动起作用，没产生约束，即未对自由度产生影响。只是减少了摩擦。 应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。注意：实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。3.正确：n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 12.局部自由度处理方法 构件5对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。虚约束（也称为重复约束。）重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。即：此约束与其它约束作用相同，没有它运动也不会改变。1.计算：n = 4, Pl =6, Ph =0

16、F = 34 - 26 0 = 0但此机构在给定一个原动件时，能动且具有确定运动。故此计算是错误的。3.正确：n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 12.虚约束处理方法计算中应将产生虚约束的构件及与此构件有关的运动副一起除去不计。即将产生虚约束的构件5及与此构件有关的2个运动副除去不计。 1、两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只 有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。虚约束常见情况及处理正确：n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1错误：n = 3, Pl =5, Ph =0F = 33 - 25 0 = -1计算中只

17、计入一个移动副。 2、两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。（图示两个轴承支撑一根轴，只能看作一个回转副。）虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个转动副。虚约束常见情况及处理计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。3、两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。正确：n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1错误：n = 4, Pl =6, Ph =0F = 33 - 26 0 = 0计算中应将对称部分除去不计。（将构件2和1个转动副2个高副去除。）4、机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。错误：n = 5, Pl =5, Ph =4F = 35 - 25 4 = 1正确：n = 4, Pl =4, Ph =2F = 34 - 24 2 = 2而给机构一个原动件，机构并没有确定运动，动不了。计算中应只考虑一处约束，将其余约束去除。5、两构件组成多个高副，且各个高副接